介紹
整個現代世界經濟依賴於恐龍時代積累的財富：石油、天然氣、煤炭和其他化石燃料。我們生活中的大部分活動，從乘坐地鐵到在廚房加熱水壺，最終都需要燃燒這一史前遺產。主要問題是這些現成的能源資源不可再生。人類遲早會從地底抽出所有的石油，燒掉所有的瓦斯，挖出所有的煤。那我們用什麼來加熱茶壺呢？
我們也不應該忘記燃料燃燒對環境的負面影響。大氣中溫室氣體含量的增加導致整個地球的平均溫度升高。燃料燃燒的產物污染空氣。大城市的居民對此感覺特別好。
我們都在思考未來，即使這個未來並沒有伴隨我們而來。國際社會早就認識到化石燃料的局限性。以及它們的使用對環境的負面影響。主要國家已經在實施逐步過渡到環保和可再生能源的計劃。
在世界各地，人類正在尋找並逐步引入化石燃料的替代品。長期以來，太陽能、風能、潮汐能、地熱能和水力發電廠一直在世界各地運行。現在看來，是什麼阻止我們在他們的幫助下滿足人類的所有需求？
事實上，替代能源存在很多問題。例如，能源資源的地理分佈問題。風電場只建在強風經常吹的地區，太陽能 - 陰天最少的地區，水力發電廠 - 在大河流上。當然，石油也並非隨處可見，但運輸起來更容易。
替代能源的第二個問題是不穩定。在風電場，發電取決於風，風不斷改變速度或完全停止。太陽能發電廠在多雲的天氣裡不能很好地工作，晚上根本不工作。
風和太陽都沒有考慮能源消費者的需求。同時，熱電廠或核電廠的能量輸出是恆定的並且易於調節。解決這個問題只能是建設巨大的儲能設施，在產量低的情況下創造儲備。然而，這大大增加了整個系統的成本。
由於這些和許多其他困難，世界替代能源的發展正在放緩。燃燒化石燃料仍然更容易、更便宜。
但是，如果在全球經濟規模上，替代能源不能提供太多好處，那麼在單個房屋的框架內，它們可能非常有吸引力。許多人已經感覺到電、熱和天然氣的關稅在不斷增加。每年，能源公司都在深入普通人的口袋。
國際風險基金 I2BF 的專家首次介紹了可再生能源市場的概況。根據他們的預測，在 5 到 10 年內，替代能源技術將變得更具競爭力並得到廣泛應用。替代能源和傳統能源的成本差距已經在迅速縮小。
能源成本是指替代能源生產商希望獲得的價格，以補償其在項目生命週期內的資本支出並提供 10% 的投資資本回報。這個價格還將包括債務融資的成本，因為大多數槓桿率很高。
給定的圖表說明了對 2011 年第二季度各種替代能源和傳統能源的評估（圖 1）。
| 米。一。 | 各類替代能源和傳統能源的評估 |
根據以上數字，地熱能以及燃燒垃圾和填埋氣產生的能源是所有類型替代能源中成本最低的。事實上，他們已經可以直接與傳統能源競爭，但限制他們的因素是這些項目可以實施的地方數量有限。
對於那些想要擺脫電力工程師的一時興起、想要為替代能源的發展做出貢獻、只想節省一點能源的人來說，這本書是寫成的。
從書 V. Germanovich, A. Turilin “替代能源。利用風、太陽、水、地球、生物質能的實用設計。
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非傳統資源的開發
非傳統能源包括：
- 太陽的能量；
- 風能;
- 地熱；
- 海潮和波浪的能量；
- 生物質；
- 環境的低勢能。
由於大多數物種的普遍分佈，它們的發展是可能的；人們還可以注意到它們的環境友好性和燃料成分的運營成本不存在。
然而，有一些負面的品質阻礙了它們在工業規模上的使用。這是一個低通量密度，這迫使使用大面積的“攔截”裝置，以及隨時間的變化。
所有這些都導致這樣的設備具有很高的材料消耗，這意味著資本投資也會增加。好吧，由於與天氣條件相關的某些隨機因素而獲得能量的過程會引起很多麻煩。
另一個最重要的問題是這種能源原材料的“儲存”，因為現有的電力儲存技術不允許大量這樣做。然而，在國內條件下，家庭替代能源越來越受歡迎，所以讓我們熟悉一下可以私人安裝的主要發電廠。
一切都那麼順利嗎？
看來，這種私人住宅供電技術早就應該被傳統的集中式能源供應方式逼出市場。為什麼這不會發生？有幾個論據證明不支持替代能源。但它們的重要性是根據個人情況確定的——對於一些鄉間別墅的業主來說，一些缺點是相關的，而另一些則根本不感興趣。
對於大型鄉村別墅，替代能源裝置的效率不太高可能會成為一個問題。自然地，當地的太陽能係統、熱泵或地熱裝置無法與最古老的水力發電廠、火力發電廠甚至核電廠的生產力相提並論。然而，通過安裝兩個甚至三個，通常可以將這個缺點降到最低。系統，使用更多的電力。這樣做的結果可能是另一個問題 - 對於它們的安裝，將需要更大的面積，這不可能在所有房屋項目中分配。
為了確保現代家庭熟悉的眾多家用電器和供暖系統的不間斷供應，需要大量的電力。因此，該項目應提供能夠產生這種電力的這種來源。這需要一筆可觀的投資——設備越強大，價格就越貴。
此外，在某些情況下（例如，使用風能時），來源可能無法保證能源生產的穩定性。因此，有必要為所有通信配備存儲設備。通常，為此目的安裝電池和收集器，這需要所有相同的額外成本，並且需要在房屋中分配更多平方米。
來自風的能量
我們的祖先早就學會了利用風能來滿足他們的需要。原則上，從那時起設計並沒有太大變化。只有磨石被發電機驅動器取代，發電機驅動器將旋轉葉片的能量轉化為電能。
要製作發電機，您將需要以下部件：
- 發電機。有些使用洗衣機的電機，稍微改造轉子；
- 乘數;
- 電池及其充電控制器；
- 電壓互感器。
風力發電機
自製風力發電機的方案有很多。它們都是按照相同的原理完成的。
- 正在組裝框架。
- 轉環已安裝。葉片和發電機安裝在其後面。
- 安裝帶有彈簧連接器的側鏟。
- 帶有螺旋槳的發電機連接到框架上，然後安裝在框架上。
- 連接並連接到旋轉組件。
- 安裝集電器。將其連接到發電機。電線通向電池。
建議。葉片的數量將取決於螺旋槳的直徑以及發電量。
替代能源的主要類型
最近，實際嘗試了許多獲取能量的非傳統方法。統計數據表明，我們仍在談論千分之一的潛在用途。
替代能源開發過程中不可避免地面臨的典型困難是大多數國家在將自然資源開發為國家財產的法律上存在完全空白。替代能源不可避免的徵稅問題與缺乏法律闡述密切相關。
考慮使用最廣泛的 10 種替代能源。
風
風能一直被人類利用。現代技術的發展水平使我們能夠使其幾乎不間斷。
同時，使用風車發電，類似於磨坊，特殊設備。風車的螺旋槳將風的動能傳遞給發電機，發電機通過旋轉葉片產生電流。
這種風電場在中國、印度、美國和西歐國家尤其普遍。丹麥無疑是該領域的領導者，順便說一句，它是風能的先驅：第一個裝置出現在 19 世紀末。丹麥以這種方式關閉了總電力需求的 25%。
20世紀末，中國祇有借助風力發電機才能為山區和沙漠地區提供電力。
風能的使用也許是最先進的能源生產方式。這是一種理想的合成變體，其中將替代能源和生態相結合。世界上許多發達國家都在不斷增加以這種方式產生的電力在其總能源平衡中的份額。
太陽
利用太陽輻射產生能量的嘗試也已經進行了很長時間，目前它是開發替代能源最有希望的方法之一。地球上許多緯度的太陽終年發光，向地球傳遞的能量是全人類一年消耗的數万倍，這一事實激發了太陽能站的積極使用。
大多數最大的站點都位於美國，太陽能總共分佈在近一百個國家。以光電池（太陽輻射的轉換器）為基礎，組合成大型太陽能電池板。
地球的熱量
地球深處的熱量被轉化為能源並用於世界許多國家的人類需求。熱能在火山活動地區非常有效，那裡有許多間歇泉。
該領域的領先者是冰島（該國首都雷克雅未克完全擁有地熱能源）、菲律賓（佔總餘額的 20%）、墨西哥（4%）和美國（1%）。
由於無法遠距離傳輸地熱能（典型的當地能源），因此使用這種類型的能源受到限制。
在俄羅斯，堪察加仍然有一個這樣的電站（容量 - 11 MW）。在同一個地方正在建設一個新站（容量 - 200 MW）。
近期最有前途的十種能源包括：
- 基於太空的太陽能站（該項目的主要缺點是巨大的財務成本）；
- 一個人的肌肉力量（需求，首先是微電子）；
- 潮起潮落的能源潛力（缺點是建設成本高，每天的電力波動巨大）；
- 燃料（氫氣）容器（需要建造新的加油站，為其加油的汽車成本高昂）；
- 快速核反應堆（浸入液態鈉中的燃料棒）——該技術極具前景（可重複利用廢舊廢物）；
- 生物燃料 - 已被發展中國家（印度、中國）廣泛使用，優勢 - 可再生性、環境友好性、劣勢 - 資源利用、用於種植作物的土地、牲畜步行（價格上漲、缺乏食物）；
- 大氣電（閃電能量勢的積累），主要缺點是大氣前沿的流動性，放電速度（積累的複雜性）。
利用風能和太陽能
供暖系統中的風力渦輪機
動能風能通常用於為建築物供電，但在接近理想條件下的強大模型至少可以提供部分供暖。
如果不考慮初始成本，那麼對於消費者而言，由此產生的電費將一文不值。
非常重要的是，風力發電機的運行不需要輔助資源，它們始終自主運行。這些作為輔助能源的裝置成功地集成到以其他類型的加熱裝置為主要裝置的系統中。這些單元作為輔助能源，成功地集成到以其他類型的加熱設備為主要設備的系統中。
這些作為輔助能源的裝置成功地集成到以其他類型的加熱裝置為主要裝置的系統中。
風力渦輪機設計的類型很多，但通常分為兩大類：
- 帶有螺旋槳式葉片的水平風力渦輪機。這些機組的生產效率更高（風能利用率高達 52%），因此它們更適合供暖需求，但它們有一些運營和消費者限制。
- 具有垂直旋轉軸的風力發電機。這些渦輪機的功率相對較弱（KIEV 不到 40%），但它們不需要朝向風的方向，它們不僅可以使用層流，還可以使用湍流，即使在低速時它們也開始產生電流。它們更容易維護，因為發電機靠近地面，而不是吊艙的桅杆上。
以下是使用風車取暖的一些缺點：
- 資本成本高。超過 70% 的資金用於輔助元件：電池、逆變器、控制自動化、安裝結構。投資只有在幾十年後才會得到回報。
- 低效率 - 低功耗。此外，在將電能轉化為熱能的過程中會損失部分能量。
- 地形要求存在高速的恆定風。能量不穩定，高度依賴天氣和季節，需要定期監測和積累。
- 設備佔用大量空間。
- 風力渦輪機在運行過程中會產生大量噪音。
太陽能係統直接加熱冷卻劑或通過光伏方法轉換能量。在第一種選擇中，太陽光線加熱水/防凍劑（在某些型號中為空氣），將其輸送到房屋並通過散熱器散發熱量。在第二種情況下，光子被轉化為電能，為傳統的電力加熱設備（鍋爐、加熱器、加熱地板）供電。
因此，有兩種類型的設備：
- 太陽能集熱器。該系統由冷卻液循環迴路、蓄水箱和收集器本身組成。根據設計，收集器分為：平板、真空和空氣（空氣用作冷卻劑）。
- 太陽能板。該裝置由帶有光電管、控制器和逆變器的面板組成。電池產生 24 或 12 伏的直流電，收集在電池中，通過逆變器轉換為交流電 (220 V) 後，提供給插座。
太陽能裝置有幾個缺點。首先，對氣象因素和周期性（季節性和日常）的依賴。電池效率低，無法提供大量穩定的能量，它們必須佔用很大的面積並配備昂貴的可充電電池，經常需要更換。收集器的缺點是它們對電力的依賴（用於泵或風扇的操作），或者，例如，冷卻劑凍結的危險。
全球範圍內的替代能源
世界上使用 AES 的統計數據似乎讓人有理由保持樂觀。在歐盟，2017 年可再生能源的發電量超過了燃煤電廠的發電量。 2018 年，它們在其他“臟”資源中所佔的份額從 30% 增加到 32.3%。
根據 7 月份的一份報告，2018 年，太陽能和風力發電廠運營 40 年來，它們的全球容量首次達到 1 太瓦（1000 吉瓦）。 90% 的產能僅在最近 10 年內出現。
AIE 存在三個主要問題：
- 他們提倡使用政治，最終消費者自掏腰包購買“綠色”能源。引入可再生能源的間接稅佔關稅的很大一部分。批評人士一再表示，刺激性關稅補貼過高，成本遲早會引起消費者的負面反應。
- 只有在傳統發電來源的背景下，才能稱此類資源是安全的。事實證明，風力渦輪機能夠消滅昆蟲。幾乎所有此類裝置的生產都對環境有害。由於太陽能矽生產的排放，太陽能電池板特別“臟”。
- 儘管可再生能源在全球能源“蛋糕”中的份額越來越大，但仍無法與傳統能源競爭。使用它們是無利可圖的，設備需要大量的資本支出，回報率非常低，因此，隨著國家支持的減少，對可再生能源的需求立即下降。就連德國權威刊物《世界報》也承認，“風車行業正處於深度淘汰中”。
關於該主題的結論和有用的視頻
關於在小型鄉間別墅中結合替代能源發電的視頻：
一個親手製作風力發電機的視頻將幫助您輕鬆了解設備的原理：
關於使用熱泵的簡短視頻：
關於獲取沼氣的視頻剪輯：
拒絕傳統的取暖方式是很有可能的。為此，您需要根據該地區的特點，您的鄉間別墅的面積和當地地區，仔細選擇一個替代方案或組合幾個。
太陽的能量、地球的能量、風力的能量、植物和動物來源的家庭垃圾的處理，完全有能力成為天然氣、煤炭、木柴和有償電力的有價值的替代品。
您是否正在使用一種替代能源供家庭使用？分享您組裝該裝置的成本以及回報的速度。
或者，也許您的一位朋友已經為他的鄉間別墅配備了可再生能源？使用太陽能電池板系統或熱泵作為熱、熱水和電的獨立來源？
